Una cámara anecoica ( anecoica que significa "no reflectante" o "sin ecos") es una habitación diseñada para detener los reflejos o ecos de ondas sonoras u electromagnéticas . También suelen estar aislados de la energía que entra desde su entorno. Esta combinación significa que una persona o un detector escucha exclusivamente sonidos directos (sin sonidos reflejados ), simulando de hecho estar afuera en un campo libre.
Las cámaras anecoicas, término acuñado por el experto en acústica estadounidense Leo Beranek , se utilizaron inicialmente exclusivamente para referirse a las cámaras anecoicas acústicas. Recientemente, el término se ha extendido a otras cámaras anecoicas de radiofrecuencia (RF) y sonar , que eliminan la reflexión y el ruido externo provocado por las ondas electromagnéticas.
Las cámaras anecoicas varían desde pequeños compartimentos del tamaño de hornos microondas domésticos hasta otros tan grandes como hangares de aviones . El tamaño de la cámara depende del tamaño de los objetos y de los rangos de frecuencia que se prueban.
La necesidad de lo que posteriormente se denominó cámara anecoica surgió para permitir probar altavoces que generaban niveles de sonido tan intensos que no podían probarse al aire libre en áreas habitadas. [1]
Las cámaras anecoicas se utilizan comúnmente en acústica para realizar experimentos en condiciones nominales de " campo libre ", lo que significa que no hay señales reflejadas. Toda la energía del sonido se alejará de la fuente y casi nada se reflejará. Los experimentos comunes con cámaras anecoicas incluyen medir la función de transferencia de un altavoz o la directividad de la radiación de ruido de la maquinaria industrial. En general, el interior de una cámara anecoica puede ser muy silencioso, con niveles de ruido típicos en el rango de 10 a 20 dBA . En 2005, la mejor cámara anecoica midió -9,4 dBA. [2] En 2015, una cámara anecoica en el campus de Microsoft rompió el récord mundial con una medición de −20,6 dBA. [3] El oído humano normalmente puede detectar sonidos por encima de 0 dBA, por lo que un ser humano en una cámara de este tipo percibiría el entorno como desprovisto de sonido. Como anécdota, a algunas personas puede no gustarles ese silencio y pueden desorientarse. [2]
El mecanismo por el cual las cámaras anecoicas minimizan la reflexión de las ondas sonoras que inciden en sus paredes es el siguiente: En la figura incluida, una onda sonora incidente I está a punto de incidir en una pared de una cámara anecoica. Esta pared está compuesta por una serie de cuñas W con altura H. Después del choque, la onda incidente I se refleja como una serie de ondas R que a su vez "rebotan hacia arriba y hacia abajo" en el espacio de aire A (delimitado por líneas de puntos) entre las cuñas W. Dicho rebote puede producir (al menos temporalmente) un patrón de onda estacionaria en A. Durante este proceso, la energía acústica de las ondas R se disipa a través de la viscosidad molecular del aire, en particular cerca de la esquina C. [4] Además, con el uso de materiales de espuma para fabricar las cuñas, ocurre otro mecanismo de disipación durante las interacciones ola/pared. [5] Como resultado, la componente de las ondas reflejadas R en la dirección de I que escapa de los espacios A (y regresa a la fuente del sonido), denominada R', se reduce notablemente. Aunque esta explicación es bidimensional, es representativa y aplicable a las estructuras de cuña tridimensionales reales utilizadas en las cámaras anecoicas. [6]
Las cámaras anecoicas completas tienen como objetivo absorber energía en todas direcciones. Para ello, es necesario cubrir todas las superficies, incluido el suelo, con cuñas con la forma adecuada. Por lo general, se instala una rejilla de malla sobre el piso para proporcionar una superficie para caminar y colocar el equipo. Este piso de malla generalmente se coloca al mismo nivel del piso que el resto del edificio, lo que significa que la cámara en sí se extiende por debajo del nivel del piso. Este suelo de malla está amortiguado y flota sobre amortiguadores absorbentes para aislarlo de vibraciones exteriores o señales electromagnéticas.
Por el contrario, las cámaras semianecoicas o hemianecoicas tienen un piso sólido que actúa como superficie de trabajo para soportar objetos pesados, como automóviles, lavadoras o maquinaria industrial, que no podrían ser sostenidos por la rejilla de malla en una cámara totalmente anecoica. cámara. Los estudios de grabación suelen ser semianecoicos.
La distinción entre "semianecoico" y "hemianecoico" no está clara. En algunos usos son sinónimos, o sólo se utiliza un término. [7] Otros usos distinguen a uno por tener un piso idealmente reflectante (creando condiciones de campo libre con una sola superficie reflectante) y el otro por tener simplemente un piso plano sin tratar. [8] [9] Otros usos los distinguen por tamaño y rendimiento, siendo uno probablemente una sala existente modernizada con tratamiento acústico y el otro una sala especialmente construida que probablemente sea más grande y tenga un mejor rendimiento anecoico. [10]
La apariencia interna de la cámara anecoica de radiofrecuencia (RF) es a veces similar a la de una cámara anecoica acústica; sin embargo, las superficies interiores de la cámara anecoica de RF están cubiertas con material absorbente de radiación (RAM) en lugar de material acústicamente absorbente. Los usos de las cámaras anecoicas de RF incluyen pruebas de antenas y radares, y normalmente se utilizan para alojar las antenas para realizar mediciones de patrones de radiación de antenas e interferencias electromagnéticas .
Las expectativas de rendimiento (ganancia, eficiencia, características del patrón, etc.) constituyen desafíos principales en el diseño de antenas independientes o integradas . Los diseños son cada vez más complejos con un solo dispositivo que incorpora múltiples tecnologías como celular , WiFi , Bluetooth , LTE , MIMO , RFID y GPS .
La RAM está diseñada y moldeada para absorber la radiación de RF incidente (también conocida como radiación no ionizante ) de la manera más efectiva posible, desde tantas direcciones incidentes como sea posible. Cuanto más efectiva sea la RAM, menor será el nivel resultante de radiación de RF reflejada . Muchas mediciones de compatibilidad electromagnética (EMC) y patrones de radiación de antena requieren que las señales espurias que surgen de la configuración de prueba, incluidas las reflexiones, sean insignificantes para evitar el riesgo de causar errores y ambigüedades en las mediciones.
Las ondas de frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas y tienen mayor energía, mientras que las ondas de frecuencias más bajas tienen longitudes de onda más largas y tienen menor energía, de acuerdo con la relación donde lambda representa la longitud de onda, v es la velocidad de fase de la onda y es la frecuencia. Para proteger una longitud de onda específica, el cono debe tener el tamaño adecuado para absorber esa longitud de onda. La calidad del rendimiento de una cámara anecoica de RF está determinada por su frecuencia de operación de prueba más baja, en la cual las reflexiones medidas de las superficies internas serán las más significativas en comparación con las frecuencias más altas. La RAM piramidal tiene su máxima capacidad de absorción cuando la onda incidente tiene una incidencia normal en la superficie interna de la cámara y la altura de la pirámide es aproximadamente igual a , donde es la longitud de onda en el espacio libre . En consecuencia, aumentar la altura de la pirámide de la RAM para el mismo tamaño de base ( cuadrada ) mejora la efectividad de la cámara a bajas frecuencias pero da como resultado un mayor costo y un volumen de trabajo reducido sin obstrucciones que está disponible dentro de una cámara de tamaño definido.
Por lo general, se construye una cámara anecoica de RF en una habitación protegida, diseñada según el principio de la jaula de Faraday . Esto se debe a que la mayoría de las pruebas de RF que requieren una cámara anecoica para minimizar los reflejos de las superficies internas también requieren las propiedades de una sala protegida para atenuar las señales no deseadas que penetran hacia el interior y causan interferencias en el equipo bajo prueba y evitan fugas de las pruebas que penetran al exterior. El absorbente RAM piramidal también se puede construir mediante fabricación aditiva, lo que permite explorar patrones internos para mejorar los efectos de absorción. [11]
A frecuencias radiadas más bajas, la medición de campo lejano puede requerir una cámara grande y costosa. A veces, por ejemplo, para mediciones de sección transversal de radar, es posible reducir la escala del objeto bajo prueba y reducir el tamaño de la cámara, siempre que la longitud de onda de la frecuencia de prueba se reduzca en proporción directa al probar a una frecuencia más alta. [ cita necesaria ]
Las cámaras anecoicas de RF normalmente están diseñadas para cumplir con los requisitos eléctricos de uno o más estándares acreditados . Por ejemplo, la industria aeronáutica puede probar equipos para aeronaves de acuerdo con las especificaciones de la empresa o especificaciones militares como MIL-STD 461 E. Una vez construido, se realizan pruebas de aceptación durante la puesta en servicio para verificar que los estándares realmente se cumplan. Siempre que lo sean, se expedirá un certificado al efecto. Será necesario volver a probar la cámara periódicamente.
Las configuraciones de equipos de prueba y soporte que se utilizarán dentro de cámaras anecoicas deben exponer la menor cantidad posible de superficies metálicas (conductoras), ya que corren el riesgo de causar reflejos no deseados. A menudo esto se logra mediante el uso de estructuras de madera o plástico no conductor para soportar el equipo bajo prueba. Cuando las superficies metálicas sean inevitables, se pueden cubrir con trozos de RAM después de su instalación para minimizar dicho reflejo en la medida de lo posible.
Puede ser necesaria una evaluación cuidadosa sobre si el equipo de prueba (a diferencia del equipo bajo prueba) debe colocarse dentro o fuera de la cámara. Normalmente, la mayor parte está ubicada en una sala separada y protegida adjunta a la cámara de prueba principal, para protegerla tanto de interferencias externas como de la radiación dentro de la cámara. El cableado de la red eléctrica y de la señal de prueba hacia la cámara de prueba requiere un filtrado de alta calidad .
A veces se utilizan cables de fibra óptica para el cableado de señal, ya que son inmunes a la RFI normal y también provocan poca reflexión dentro de la cámara.
Los siguientes riesgos para la salud y la seguridad están asociados con las cámaras anecoicas de RF:
Normalmente no se permite que haya personal dentro de la cámara durante una medición, ya que esto no solo puede causar reflejos no deseados del cuerpo humano sino que también puede representar un riesgo de radiación para el personal involucrado si las pruebas se realizan con altas potencias de RF. Dichos riesgos provienen de la RF o radiación no ionizante y no de la radiación ionizante de mayor energía .
Como la RAM absorbe altamente la radiación de RF, la radiación incidente generará calor dentro de la RAM. Si esto no se puede disipar adecuadamente, existe el riesgo de que se desarrollen puntos calientes y la temperatura de la RAM pueda aumentar hasta el punto de combustión . Esto puede ser un riesgo si una antena transmisora se acerca demasiado a la RAM sin darse cuenta. Incluso para niveles de potencia de transmisión bastante modestos, las antenas de alta ganancia pueden concentrar la potencia lo suficiente como para provocar un alto flujo de potencia cerca de sus aperturas . Aunque las RAM fabricadas recientemente normalmente se tratan con un retardante de fuego para reducir dichos riesgos, son difíciles de eliminar. Las normas de seguridad normalmente exigen la instalación de un sistema de extinción de incendios gaseoso que incluya detectores de humo .
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